Багатоступінчаста аераційна установка

Реферат: Багатоступінчаста аераційна установка включає в себе щонайменше два вертикально орієнтовані аераційні блоки. Кожний аераційний блок утворює вертикально видовжену камеру аерації, яка містить верхній впуск і нижній випуск. Нижній випуск кожного зі згаданих аераційних блоків подає потік текучого середовища, який містить рідину, і газ, у верхній впуск, розташований нижче одного із згаданих аераційних блоків. Кожний аераційний блок містить аераційну головку, з'єднану зі згаданим верхнім впуском так, що потік текучого середовища, який проходить через верхній впуск в камеру аерації, повинен пройти через згадану аераційну головку, причому згадана аераційна головка аерує рідину з газом в потоці текучого середовища. UA 115322 C2 (12) UA 115322 C2 UA 115322 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Галузь техніки, до якої належить винахід Даний винахід стосується аераційної установки, яка містить ряд зон введення газу і реакції. Рівень техніки Аераційні системи використовуються в множині різних застосувань, включаючи обробку стічних вод. Використання аераційних колон, з'єднаних послідовно, неефективно і займає багато простору, до того ж важко врівноважувати протитиск всередині системи. Якщо використовують одну колону, і текуче середовище піддають рециркуляції через ємність, то оброблене текуче середовище з мікробульбашками, проходячи через інжектор і насос, піддається розкладанню, і утворюються більші бульбашки. Це знижує ефективність системи. Коротка суть винаходу Описана багатоступінчаста аераційна установка, яка містить щонайменше два вертикально орієнтовані аераційні блоки, причому кожний аераційний блок утворює вертикально подовжену камеру аерації, що містить верхній впуск і нижній випуск, причому згаданий нижній випуск кожного зі згаданих аераційних блоків подає потік текучого середовища, який містить рідину і газ, у згаданий верхній впуск, розташований нижче одного зі згаданих аераційних блоків. Кожний аераційний блок містить аераційну головку, з'єднану зі згаданим верхнім впуском так, що потік текучого середовища, який проходить через верхній впуск в камеру аерації, повинен проходити через згадану аераційну головку, причому згадана аераційна головка аерує рідину з газом у потоці текучого середовища. Відповідно до одного аспекту згадана аераційна головка розташована в згаданій камері аерації. Аераційна головка може являти собою трубу, що вертикально продовжується, із закритим нижнім кінцем і радіальними отворами, через які потік текучого середовища виходить з аераційної головки. Відповідно до одного аспекту газ може подаватися в перший аераційний блок через трубку Вентурі, щоб створювати потік текучого середовища. Відповідно до одного аспекту газ в потоці текучого середовища може бути щонайменше частково розчиненим або захопленим рідиною. Відповідно до одного аспекту згадана багатоступінчаста аераційна установка може додатково містити додатковий впуск для газу в одному або більше аераційних блоках. Відповідно до одного аспекту згадана багатоступінчаста аераційна установка може додатково містити випускний клапан для керування протитиском в аераційних блоках. Відповідно до додаткового аспекту описаний спосіб аерації рідини, який включає етапи: створення установки, яка містить щонайменше два вертикально орієнтовані аераційні блоки, причому кожний аераційний блок утворює вертикально подовжену камеру аерації, яка містить верхній впуск і нижній випуск, причому нижній випуск і верхній впуск аераційних блоків, які розташовані поряд, безпосередньо з'єднані, причому кожний аераційний блок містить аераційну головку, з'єднану із згаданим верхнім впуском; і введення потоку текучого середовища, який містить рідину, яка підлягає аерації, і газу в згадану установку, при цьому згаданий потік текучого середовища проходить через аераційні головки щонайменше двох аераційних блоків так, що рідина насичується згаданим газом. Відповідно до одного аспекту згаданий спосіб може додатково включати етап введення додаткового газу в щонайменше один аераційний блок для додавання газу в потік текучого середовища. Згаданий додатковий газ може відрізнятися від газу в потоці текучого середовища. Відповідно до одного аспекту згадана аераційна головка може продовжуватися в згадану камеру аерації. Згадана аераційна головка може являти собою трубу, що вертикально продовжується, із закритим нижнім кінцем і радіальними отворами, через які потік текучого середовища виходить з аераційної головки. Відповідно до одного аспекту введення потоку текучого середовища може включати використання трубки Вентурі. Відповідно до одного аспекту згаданий газ в потоці текучого середовища може бути щонайменше частково розчиненим або захопленим рідиною. Відповідно до одного аспекту згаданий спосіб може додатково включати етап регулювання протитиску в згаданій установці за допомогою керування випускним клапаном, з'єднаним з нижнім випуском останнього аераційного блока. При використанні вищеописаної багатоступінчастої аераційної установки рідина проходить вниз через згадані аераційні блоки доти, поки не буде досягнуте необхідне насичення газом. Кількість використовуваних аераційних блоків залежить від необхідного насичення газом. Якщо є надмірний газ, то він переноситься з рідиною з одного блока в інший. Може бути використана множина конфігурацій аераційної головки. Нижче буде описана аераційна головка у вигляді труби, що вертикально продовжується, з кінцевою пробкою в 1 UA 115322 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 нижньому віддаленому кінці і радіальними отворами, через які рідина виходить з аераційної головки. Існують різні способи подачі газу для аерації в аераційну головку. Нижче буде описаний газ, який подається в аераційну головку через трубку Вентурі, яка втягує газ в рідини, що проходять через аераційну головку. Короткий опис креслень Ці й інші ознаки стануть зрозумілішими з наведеного нижче опису, в якому зроблені посилання на прикладені креслення, причому згадані креслення наведені тільки для пояснення і не повинні розглядатися як такі, що обмежують яким би то не було чином, причому: Фіг. 1 являє собою вертикальний вигляд збоку аераційної колони, що складається з множини аераційних блоків. Фіг. 2 являє собою вертикальний вигляд збоку одного з аераційних блоків аераційної колони, показаної на Фіг. 1. Фіг. 3 являє собою вигляд зверху аераційної головки з аераційного блока, показаного на Фіг. 2. Фіг. 4 являє собою вертикальний вигляд збоку аераційної колони, показаної на Фіг. 1. Докладний опис Багатоступінчаста аераційна установка, позначена загалом посилальною позицією 10, буде описана нижче з посиланням на Фіг. 1-4. Структура і взаємовідношення частин Посилаючись на Фіг. 1 і 2, багатоступінчаста аераційна установка 10 включає в себе щонайменше два вертикально орієнтовані аераційні блоки 12. Кожний аераційний блок 12 утворює вертикально подовжену камеру 14 аерації, яка містить верхній впуск 16 і нижній випуск 18. Нижній випуск 18 кожного з аераційних блоків 12 подає рідину у верхній впуск 16 розташованого нижче одного зі згаданих аераційних блоків. Перший аераційний блок 12 приймає суміш газу з рідиною з джерела газу і рідини. Газ може вводитися з використанням, наприклад, джерела газу, що знаходиться під тиском, або трубки Вентурі. Як показано, є джерело рідини 34 і джерело газу 36, які змішують, використовуючи трубку 38 Вентурі. Рідину проганяють через трубку 38 Вентурі і трубопровід 40 для текучого середовища за допомогою насоса 42. Потік рідини і газу може називатися потоком текучого середовища. Коли потік текучого середовища проходить через установку 10, частина або весь газ, і будь-який додатковий газ, який буде описаний нижче, захоплюється або розчиняється в рідині. Використовуваний в даному документі термін "потік текучого середовища" стосується рідини, яка підлягає аерації, і газу, який використовується або призначений для аерації рідини. Кожний аераційний блок 12 містить аераційну головку 20, з'єднану з верхнім впуском 16 так, що всі текучі середовища, які проходять через верхній впуск 16 в камеру 14 аерації, повинні пройти через аераційну головку 20. Коли потік текучого середовища проходить через аераційну головку 20, частина газу перетворюється в мікробульбашки, які захоплюються рідиною, і частина газу перетворюється в рідину. На Фіг. 3 і 4 показаний приклад аераційної головки 20, в якій є труба 22, що вертикально продовжується, із закритим нижнім кінцем 24, який продовжується в камеру 14 аерації. Труба 22 містить радіальні отвори 26, або прорізи, як показано, через які рідина виходить з аераційної головки 20. Радіальні отвори 26, переважно, розташовані під кутом у напрямку до загальної точки, що знаходиться на деякій відстані від труби 22, так що відповідні потоки стикаються один з одним, збільшуючи зсувні зусилля, які спричиняють утворення мікробульбашок. Наприклад, в показаному прикладі з трьома прорізами 26 верхній проріз може бути нахилений вниз приблизно на 30 градусів, середній проріз може бути розташований горизонтально, а нижній проріз може бути нахилений вгору під кутом приблизно 30 градусів, так що потоки стикаються один з одним. Можливі також інші виконання аераційних головок 20. Посилаючись знову на фіг. 1 і 2, можуть бути передбачені впускні отвори 28 для додаткового газу в одній або декількох камерах 14, як показано. Дані впускні отвори можуть бути використані для введення додаткового газу або іншого типу газу. Переважно, якщо гази, які вводяться в цих точках, будуть знаходитися під трохи вищим тиском порівняно з тиском в системі, щоб запобігти утворенню порушення рівноваги в системі. В одному прикладі, при обробці виробничих вод з нафтової свердловини може бути передбачено від 20 до 30 блоків. Повітря або кисень вводять в першу групу блоків 12 для обробки забруднюючих домішок, які відносно легше окиснюються, таких, як залізо, забруднення з групи BTEК (бензол, толуол, етилбензол і ксилоли) й інші. Потім в останні блоки 12 може бути введений озон для обробки забруднюючих домішок, що залишилися, які важче окиснюються, таких, як важкі метали, залишкові вуглеводні й інші. Для регулювання рН потоку текучого середовища може бути введений діоксид вуглеводу, і в кінці може бути введений азот або інші інертні гази, для того, 2 UA 115322 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 щоб видувати або витісняти будь-які гази, що залишилися, які можуть бути захоплені в рідину, так щоб вона могла бути безпечно утилізована. Кількість блоків і типи газів, а також порядок і об'єм, в яких вони вводяться, буде залежати від типу оброблюваної рідини і необхідної композиції кінцевого результату. Як показано на Фіг. 1 і 2, блоки 12 прикріплені один до одного за допомогою фланців 44. Можуть бути також використані інші типи кріплень, як буде зрозуміло. Блоки 12 можуть бути прикріплені таким чином, що вони утримуються вертикально суміщеними і ущільненими один з одним, так що потік текучого середовища переходить повністю з одного блока 12 в інший. Посилаючись на Фіг. 3 і 4, аераційна головка 20 може також містити фланець 46, який закріплений між фланцями 44. Можуть бути також використані інші варіанти закріплення аераційної головки 20 всередині блоків 12. Блоки 12 можуть також містити контрольний отвір 46 для витягування проби з блоків з метою контролю. У відомих аераційних колонах, які розташовані послідовно, трубки Вентурі не можуть бути розміщені послідовно, і може бути використана аерація, що забезпечується аераційними головками. Це робить послідовність колон неефективною, а протитиск важко урівноважуваним. Для того, щоб усунути даний недолік, установка 10 має однопрохідну конструкцію, в якій аераційні блоки 12 можуть додаватися послідовно, вимагаючи малого додаткового простору. Посилаючись на фіг. 1, текуче середовище переміщується зверху вниз. Аераційні головки 20 розташовані у впускних отворах аераційних блоків 12 і забезпечують ефективне перенесення газу і рідини в кожну камеру 14 аерації. Додатковий газ може бути введений в камеру 14 аерації, наприклад, в першому кінці кожного аераційного блока 12, за допомогою впускних отворів 28 для додаткового газу. Посилаючись на фіг. 1, камери 14 аерації аераційних блоків 12 розташовані в послідовних секціях установки 10. Протитиск урівноважується за допомогою клапана 32, з'єднаного з випуском 18 останнього аераційного блока 12, щоб забезпечити максимально ефективний перехід газу в рідину, яка підлягає аерації. Величина протитиску збалансована між утворенням стабільнішої аерованої рідини і зменшенням аераційного потенціалу системи. Переважно, камери 14 аерації містять газ, і достатню кількість газу, так що суміш рідини і газу проходить через наступний аераційний блок 12. Іншими словами, камери 14 аерації, переважно, заповнені в основному газом, так що як газ, так і рідини проходять через прикріплену аераційну головку 20 в наступний блок. Це дозволяє вводити інші гази в потік за допомогою введення газу в камеру 14 вище аераційної головки 20 і дозволяє як газу, так і рідині пройти через аераційну головку 20. Кількість газу і рідини, що проходить через кожну аераційну головку 20, можна регулювати за допомогою регулювання протитиску в системі і тиску додаткового газу, що вводиться через впускні отвори 28 для додаткового газу. При цьому для того, щоб регулювати протитиск, останній блок 12 дозволяється щонайменше частково заповнити рідиною, і так, що рідина насамперед видаляється з системи. Замість використання для введення більше газу в потік, додаткові блоки 12 можуть бути використані просто для того, щоб стабілізувати мікробульбашки рідкої суміші і досягати стану перенасичення. Для того, щоб зробити переміщення газу ефективнішим, перепад тиску в системі, переважно, підтримується на мінімальному рівні. При використанні одного насоса перепад тиску в системі повинен бути мінімальним, тому повинні бути використані мінімальні коліна і зміни напрямку. У той час, як в колонах послідовної аерації в кожній аераційній колоні перепад тиску 2 становить приблизно 3 фунт/дюйм , в одноходовій установці 10, описаній в даному документі, 2 переважно, падіння тиску в кожній камері аерації становить приблизно 1 фунт/дюйм . У відомих системах використання трубки Вентурі спричиняло зниження ефективності всмоктування. Установка даного винаходу може бути виконана з мінімальними втратами на всмоктування при додаванні кожної додаткової камери аерації. Протитиск в аераційній системі повинен бути збалансований так, щоб погодити умови в кожній секції. Існує ефективний протитиск для однієї аераційної колони при конкретній швидкості потоку. Хоча це справедливо для багатоступінчастої аераційної системи, це не те ж, що один блок, і це не можна уявляти собі таким же чином. Багатоступінчаста аераційна система передбачає високі концентрації і могутні зони реакції і забезпечує усунення ємностей протягом часу перебування. Одна аераційна колона досить ефективна для розчинення всього газу, який здатна вводити трубка Вентурі. Для того, щоб збільшити загальний об'єм газу в системі, можуть бути додані точки введення іншого газу. Поєднання введення через трубку Вентурі спочатку з подальшим введенням газу в послідовних камерах аерації забезпечує дуже високі концентрації газу, могутніші зони реакції і можливість замінювати гази, щоб викликати складні реакції. Це усуває 3 UA 115322 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 необхідність в ємностях для введення додаткового газу або введення допоміжного газу, значно зменшуючи площу основи і капітальні витрати. Експлуатація При використанні вищеописаної багатоступінчастої аераційної установки рідина проходить вниз через аераційні блоки, щоб досягнути необхідного насичення газом. Кількість використовуваних аераційних блоків залежить від необхідного насичення газом. Надмірний газ в одному блоці переноситься з рідиною з одного блока в інший. Коли рідина і газ проходять через кожний рівень згаданої багатоступінчастої аераційної системи, аераційні блоки спричиняють розсікання суміші води з газом, зменшуючи розміри бульбашок. Збільшена енергія сприяє здійсненню реакцій. Кожний раз, коли суміш води з газом вийде з аераційної головки камери аерації, утворюються більш дрібні бульбашки. Це дозволяє досягнути вищої концентрації газу і може продовжуватися доти, поки не залишиться вільного газу. Дуже потужні зони реакції утворюються, коли суміш води з газом виходить з аераційних головок, яка збільшує швидкості хімічних реакцій. Переваги установки даного винаходу Багатоступінчаста дифузійна система може забезпечити ряд переваг порівняно з відомими дифузійними системами, таких, як: - Досягнення вищих концентрацій розчиненого газу при використанні однакової потужності насосів і об'ємів газу. - Більша кількість газу може бути розчинена в розчині при збільшенні швидкостей реакції. - Різні гази можуть бути додані в згаданий потік за допомогою введення різних газів у різних аераційних блоках. - Може бути досягнутий менший розмір бульбашок, оскільки відсутня рециркуляція. - Послідовні зони реакції усувають необхідність в ємностях і багаторазовому циклічному повторенні в системі. - Зменшена площа основи систем обробки за рахунок усунення ємностей, надмірних аераційних систем і насосів. - Менша вартість, пов'язана зі спорудженням систем обробки. - УФ-випромінювання може бути введене в систему, щоб забезпечити поліпшене окислення в множині зон реакції. - Аераційні блоки можна встановлювати один на один, щоб утворити аераційну колону зі збільшеною кількістю зон реакції без необхідності в додатковій споживаній потужності. У даному патентному документі термін "що містить" використовується в необмежувальному значенні, маючи на увазі, що елементи, перераховані за даним терміном, включені, а елементи, конкретно не вказані, не виключені. Посилання на елемент в однині не виключає можливості наявності декількох таких елементів, якщо контекст явно не вимагає, що передбачений один і тільки один з елементів. Необхідно розуміти, що наведена нижче формула винаходу включає в себе елементи, конкретно показані і описані вище, їх принципово еквівалентні елементи і елементи, які, очевидно, здатні їх замінювати. Об'єм формули винаходу не обмежений переважними варіантами здійснення, показаними вище в прикладах, і повинен сприйматися в найширшому тлумаченні відповідно до опису загалом. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 55 60 1. Багатоступінчаста аераційна установка, яка містить: щонайменше три вертикально орієнтовані аераційні блоки, які містять перший аераційний блок, який приймає суміш рідини та газу з джерела газу і рідини, і два або більше розміщених нижче аераційних блоків, причому кожний аераційний блок утворює вертикально видовжену камеру аерації, яка містить верхній впуск і нижній випуск, причому нижній випуск кожного з аераційних блоків подає потік текучого середовища, який містить рідину і газ, у верхній впуск розташованого нижче одного з аераційних блоків, причому один або більше розташованих нижче аераційних блоків містять впуск для додаткового газу; і кожний аераційний блок містить аераційну головку, з'єднану з верхнім впуском і розміщену в просторі для головки розміщеного нижче аераційного блока так, що потік текучого середовища, який проходить через верхній впуск в камеру аерації, повинен проходити через аераційну головку, причому аераційна головка аерує рідину з газом у потоці текучого середовища в просторі для головки розміщеного нижче аераційного блока. 2. Багатоступінчаста аераційна установка за п. 1, в якій аераційна головка продовжується в згадану камеру аерації. 4 UA 115322 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 3. Багатоступінчаста аераційна установка за п. 2, в якій аераційна головка являє собою трубу, що вертикально продовжується, із закритим нижнім кінцем і радіальними отворами, через які потік текучого середовища виходить з аераційної головки. 4. Багатоступінчаста аераційна установка за п. 1, в якій газ подається в перший аераційний блок через трубку Вентурі для утворення потоку текучого середовища. 5. Багатоступінчаста аераційна установка за п. 1, в якій згаданий газ в потоці текучого середовища є щонайменше частково розчиненим або захопленим рідиною. 6. Багатоступінчаста аераційна установка за п. 1, в якій впуски для додаткового газу розміщені вище нижнього випуску одного або більше аераційних блоків так, що аераційна головка камери аерації нижче впуску для додаткового газу аерує рідину з газом в потоці текучого середовища і додатковому газі. 7. Багатоступінчаста аераційна установка за п. 1, яка додатково містить випускний клапан для регулювання протитиску в аераційних блоках. 8. Спосіб аерації рідини, який включає етапи: забезпечення установки, яка містить щонайменше два вертикально орієнтовані аераційні блоки, які містять перший аераційний блок, який приймає суміш рідини і газу з джерела газу і рідини, і один або більше розміщених нижче аераційних блоків, причому кожний аераційний блок утворює вертикально видовжену камеру аерації, яка містить верхній впуск і нижній випуск, причому нижній випуск і верхній впуск аераційних блоків, розташованих поряд, безпосередньо з'єднані, причому кожний аераційний блок містить аераційну головку, з'єднану з верхнім впуском, причому один або більше розміщених нижче аераційних блоків містять впуск для додаткового газу; введення потоку текучого середовища, що містить рідину, яка підлягає аерації, і газ, в установку, причому потік текучого середовища проходить через аераційні головки згаданих щонайменше двох аераційних блоків так, що рідина аерується газом у міру того, як він надходить в простір для головки сусіднього аераційного блока. 9. Спосіб за п. 8, який додатково включає етап введення додаткового газу в щонайменше один аераційний блок для поповнення газу в потоці текучого середовища. 10. Спосіб за п. 9, в якому додатковий газ відрізняється від газу в потоці текучого середовища. 11. Спосіб за п. 8, в якому аераційна головка продовжується в камеру аерації. 12. Спосіб за п. 11, в якому аераційна головка являє собою трубу, що вертикально продовжується, із закритим нижнім кінцем і радіальними отворами, через які потік текучого середовища виходить з аераційної головки. 13. Спосіб за п. 8, в якому введення потоку текучого середовища включає використання трубки Вентурі. 14. Спосіб за п. 8, в якому згаданий газ в потоці текучого середовища є щонайменше частково розчиненим або захопленим рідиною. 15. Спосіб за п. 8, який додатково включає етап регулювання протитиску в згаданій установці за допомогою керування випускним клапаном, з'єднаним із нижнім випуском останнього аераційного блока. 16. Спосіб за п. 8, в якому впуск для додаткового газу подає додатковий газ в камеру аерації вище нижнього випуску одного або більше аераційних блоків, і аераційна головка камери аерації нижче впуску для додаткового газу аерує рідину з газом в потоці текучого середовища і додатковому газі. 5 UA 115322 C2 6 UA 115322 C2 7 UA 115322 C2 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8